Modification de prise RF Yaesu FT-450D pour SDR : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Bonjour à tous ceux qui pourraient être intéressés, Je pense que je ferais mieux d'expliquer d'abord en quoi consiste cette instructable. Il y a trois composants principaux impliqués dans ce projet comme suit:

Le Yaesu FT-450D est un émetteur-récepteur HF/50MHz compact moderne capable de couvrir les bandes amateurs de 160 à 6 mètres avec une puissance de sortie de 100W. Trop de fonctionnalités à énumérer, alors recherchez simplement la radio si vous voulez en savoir plus.

Le SDRPlay est une superbe radio large bande définie par logiciel couvrant une plage de fréquences de 1 kHz à 2 GHz et permettant de visualiser le spectre avec une bande passante allant jusqu'à 10 MHz.

SDRPlay:

(Je n'ai aucun lien avec l'entreprise autre que d'avoir acheté leur excellent produit)

Ces deux équipements sont superbes en eux-mêmes. Cependant, le but de cette instructable est de réunir les deux équipements et de pouvoir exploiter le meilleur des deux mondes. J'entends par là la possibilité d'utiliser la radio FT-450D comme prévu (en tant qu'émetteur-récepteur radio à bande étroite), mais en même temps, la possibilité d'utiliser le récepteur SDRPlay pour visualiser le canal à large bande.

Cela pose intrinsèquement un problème car le FT-450D et le SDRPlay doivent voir une antenne. Une approche consiste simplement à utiliser deux antennes. Une deuxième approche pourrait consister à utiliser une seule antenne mais à diviser le chemin RF et à transmettre/recevoir à l'aide d'une commutation en ligne. Une troisième approche préférable consiste à exploiter le chemin RF de réception depuis le FT-450D à l'aide d'un circuit à faible bruit approprié et à présenter le signal exploité au SDRPlay. Cette dernière approche fait que le FT-450D et le SDRPlay voient essentiellement la même antenne. Le circuit à faible bruit n'est alimenté que pendant la réception et ainsi pendant la transmission fournit une isolation substantielle protégeant l'entrée du récepteur SDRPlay. Le circuit à faible bruit a une entrée à haute impédance présentant ainsi une charge minimale au point de prise dans le FT-450D. Ce dernier point est important car les points de prise appropriés dans le FT-450D sont situés de chaque côté des filtres passe-bande passifs de 50 ohms. Tout chargement ou changement d'impédance introduit par un circuit supplémentaire modifiera la fonction de transfert des filtres et réduira également la puissance dans le trajet du signal utile.

La plupart des amplificateurs à faible bruit (LNA) disponibles sur le marché utilisent une rétroaction pour générer du gain et ont également une impédance d'entrée de 50 ohms - aucune de ces caractéristiques n'est souhaitable.

Un simple circuit de prise à haute impédance a été conçu par Dave G4HUP et était disponible à l'achat. Très malheureusement, je crois comprendre que Dave est décédé. J'ai pris une partie de la conception et avec des modifications, j'ai produit ma propre carte de circuit imprimé, testée et adaptée à mon propre FT-450D. C'est ce processus qui fait l'objet de cette instructable.

Étape 1: Création du schéma LNA et de la disposition PCB

Aperçu

Au fil des ans, j'ai généré quelques cartes de circuits imprimés (PCB) pour des produits et pour un usage domestique. Au début, cela impliquait l'utilisation de panneaux plaqués de cuivre, de transferts et de stylos spéciaux pour dessiner le motif sur le cuivre. Le panneau serait ensuite gravé dans du chlorure ferrique pour éliminer le cuivre exposé et laisser les traces recherchées. Il était également possible d'acheter un panneau plaqué de cuivre sensible à la lumière et d'utiliser un masque pour produire une réserve avant la gravure. Faire fabriquer une planche unique dans le commerce était très coûteux et nécessitait des outils qui n'étaient tout simplement pas disponibles pour les amateurs.

De nos jours, les outils informatiques sont gratuits et largement disponibles pour concevoir des cartes en quelques heures et non en quelques jours. Les coûts de fabrication ont également chuté, de nombreux fabricants bon marché étant disponibles en Chine et ailleurs en dehors du Royaume-Uni. Cependant, cela dit, la fabrication d'une seule planche n'est toujours pas si bon marché une fois que vous avez inclus l'expédition.

Une autre approche, et la méthode que j'ai utilisée dans ce projet, consiste à fraiser la planche à l'aide d'une fraiseuse CNC. Évidemment, vous n'achèteriez pas une machine CNC pour fabriquer une planche, mais j'avais déjà une machine qui a été utilisée pour de nombreux autres projets impliquant le fraisage du bois, du métal et du verre.

Fraiser un PCB à l'aide d'une machine CNC implique d'utiliser un outil de coupe très fin pour fraiser l'isolation autour des pistes souhaitées, mais pas pour fraiser tout le cuivre. Cette approche est particulièrement utile lors de la construction de circuits RF, car les îlots de cuivre restants sont souhaitables, agissant comme un plan de masse améliorant la stabilité et les performances. J'ai utilisé un panneau plaqué de cuivre à double face dans ce projet et j'ai percé à travers la liaison des surfaces de cuivre supérieure et inférieure.

Conception de circuits imprimés avec EasyEDA

J'ai essayé divers packages de conception de circuits imprimés et j'ai vraiment opté pour un package appelé DipTrace. Cependant, il est de plus en plus courant que les packages de conception soient basés sur le Web plutôt que d'utiliser une application autonome. N'ayant pas utilisé DipTrace depuis un certain temps, j'étais un peu rouillé, alors j'ai regardé en ligne et j'ai trouvé un outil de conception Web appelé EasyEDA. J'ai trouvé cet outil excellent, très intuitif et simple à utiliser. Très facile à générer un schéma en quelques minutes, puis à convertir en PCB, l'ensemble du processus a pris moins d'une heure, y compris quelques modifications et améliorations. Les concepteurs d'outils espèrent évidemment que vous utiliserez les installations de fabrication fournies, mais il est toujours possible d'exporter une conception au format Gerber standard de l'industrie pour une utilisation par une chaîne d'outils ultérieure.

Étape 2: Utilisation de FlatCAM pour créer des trajectoires de géométrie et d'outillage

Une fois qu'EasyEDA a été utilisé pour créer le schéma et la disposition du PCB, l'étape suivante consiste à créer des chemins d'outillage et, finalement, un gcode pour contrôler la fraiseuse CNC. J'ai essayé divers logiciels pour atteindre cet objectif et j'ai finalement opté pour FlatCAM. Ce logiciel est gratuit, stable et assez intuitif à utiliser. En utilisant les chemins d'outillage FlatCAM pour la carte, la découpe et le perçage peuvent tous être créés très rapidement. Il existe également un éditeur de géométrie très convivial si quelque chose nécessite un ajustement. Dans la vidéo faisant partie de cette étape, je montre comment FlatCAM est utilisé pour importer des fichiers gerber et effectuer des modifications de base. Il existe de nombreuses vidéos détaillées montrant comment utiliser l'outil de bout en bout. Je n'ai couvert que les modifications que j'avais besoin de faire spécifiquement pour ce projet.

Étape 3: Le processus de fraisage - Machine CNC en action

Ok, donc au cours des dernières étapes, ce qui suit a été réalisé:

- Le schéma du circuit a été capturé à l'aide d'EasyEDA.

- À partir du schéma, la disposition du circuit imprimé a également été créée à l'aide d'EasyEDA.

- Des fichiers Gerber ont été créés pour la carte et également des fichiers de forage générés.

- FlatCAM a été utilisé pour créer/modifier la géométrie du chemin et générer du gcode pour la planche et la découpe.

- FlatCAM a été utilisé pour importer et mettre à l'échelle le fichier de forage, ce qui a également entraîné un gcode.

Nous avons donc maintenant trois fichiers gcode pour la planche, la découpe et le perçage.

L'étape suivante consiste à commencer à fraiser une planche. Le panneau que j'ai utilisé est un panneau revêtu de cuivre en fibre de verre double face. J'aurais pu le commander en ligne, mais en fait, Maplin a fait une belle grande feuille pour un bon prix et je l'ai eu dans ma main dans l'heure - je voulais juste obtenir le fraisage !

Ma fraiseuse est une Sable 2015 et j'utilise le logiciel Mach3 pour la contrôler. Pour fraiser le relief de la piste de planche, j'ai utilisé une fraise en bout de 0,5 mm. Pour la découpe et les trous de la planche, j'ai utilisé une fraise en bout de 1,5 mm. Afin de fraiser à travers la carte, vous avez évidemment besoin de quelque chose à fraiser sous le PCB - mon lit de broyage est en aluminium épais et vous ne voulez pas fraiser cela ! J'ai trouvé pour les PCB que le meilleur matériau à utiliser sous le PCB est un carton mousse de 5 mm d'épaisseur. Vous pouvez acheter ce carton mousse à très bas prix en ligne ou dans les magasins d'artisanat. Il est facile à couper avec un couteau à modeler et a une épaisseur très uniforme. Le panneau plaqué de cuivre est monté sur le panneau de mousse à l'aide d'un ruban adhésif double face mince. Le panneau de mousse est également monté sur le lit CNC à l'aide du même ruban - je n'ai jamais vu un panneau se libérer ou se déplacer pendant le fraisage.

La fraise en bout de 0,5 mm est évidemment assez fragile et je garde donc mon avance à 60 mm/min. J'utilise la même vitesse d'avance pour la découpe afin de ne pas déloger le sandwich PCB/carton mousse du ruban de fixation.

Ci-joint une vidéo montrant l'action du processus de fraisage:)

Vous trouverez également ci-joint trois images des planches des finales. Une image montre la première tentative sur la carte et de petites zones de cuivre indésirables peuvent être vues de la manière la plus évidente entre les plots du transistor. Lors de la deuxième tentative, ces zones de cuivre indésirables ont été supprimées en ajoutant une géométrie dans FlatCAM. La troisième image montre la carte finale remplie de composants.

Après avoir rempli la planche, on a vaporisé très légèrement de la laque pour arrêter le ternissement et la décoloration du cuivre.

Étape 4: Réponse en fréquence de la carte finie

La carte remplie finie a été caractérisée en gain à l'aide d'un analyseur de spectre. L'analyseur a été configuré pour balayer la fréquence de 10KHz à 30MHz et mesurer le gain. Le gain a également été mesuré hors tension pour simuler ce qui se passe dans la radio lorsque nous émettons et nécessite une bonne isolation entre l'émetteur-récepteur FT-450D et le récepteur SDRPlay.

Le niveau d'entrée du LNA était de -40 dBm

Image 1 - Marqueur réglé à 7.1MHz le gain du LNA est de +2.5dB

Image 2 - Alimentation du LNA éteinte montrant > 34 dB d'isolement

Image 3 - Atténuation des basses fréquences -3dB à 1,6MHz

Essentiellement sur les bandes amateurs HF, le LNA est plat de 3 MHz à 30 MHz (était plat jusqu'à ~ 500 MHz)

Étape 5: Analyse du Yaesu FT-450D pour une prise RF et une prise de courant appropriées

Avant de pouvoir installer la carte LNA sur le FT-450D, un point de prise RF et un point d'alimentation appropriés doivent être identifiés. Ceci a été réalisé en utilisant le manuel d'entretien de la radio et en examinant d'abord le schéma fonctionnel du récepteur avant d'affiner le choix du point de prise RF à l'aide du schéma.

Tout d'abord, je voulais que le SDR voie l'antenne connectée au FT-450D avant toute étape de conversion FI, ce qui a considérablement réduit l'enquête. Avant le premier mélangeur FI, il y avait deux points évidents à exploiter. Une fois que le signal Rx entre dans la carte RF-IF depuis la carte PA, il passe par les étapes suivantes:

- Protection contre les surtensions d'entrée

- Atténuation d'entrée commutable (relais) 20dB

- Une série de huit filtres passe-bande commutés mutuellement exclusifs

- Préamplificateur IPO commutable (relais)

- Mélangeur IF premier étage (1er mélangeur entraîné LO)

Ainsi, les deux points d'intérêt se résumaient essentiellement à avant ou après le filtrage passe-bande. Je voulais que le SDR voit autant de signal que possible, alors j'ai décidé de débrancher juste avant le réseau de filtre passe-bande. N'oubliez pas que le LNA utilisé pour extraire le signal a une entrée à haute impédance et que l'effet sur le chemin du signal radio sera donc minime.

L'autre domaine à considérer est l'endroit où la carte LNA va obtenir son alimentation. Heureusement, le schéma du FT-450D est assez clair et bien annoté et donc un point d'alimentation approprié peut être localisé. Le point d'alimentation choisi alimente le LNA lors de la réception mais éteint le LNA lors de la transmission. Cela isole l'entrée SDR de > 30 dB pendant la transmission. La consommation de courant du LNA alimenté est d'environ 9 mA.

Les images ci-jointes montrent les éléments suivants:

- Le point de prise RF indiqué sur le schéma fonctionnel

- Le point de prise RF indiqué sur le schéma

- Le point de prise RF indiqué sur la disposition de la carte

- Le point de prise d'alimentation LNA indiqué sur le schéma

- Le point de prise d'alimentation LNA indiqué sur la disposition de la carte

Étape 6: Installation de la carte LNA sur le Yaesu FT-450D

Maintenant que la carte LNA a été fabriquée, caractérisée et qu'un point de prise approprié a été identifié, le moment est venu d'adapter la carte au FT-450D.

À ce stade, il est d'usage de souligner que vous effectuez cette modification à vos risques et périls. Ce n'est pas compliqué mais il y a toujours un risque de dommages et personnellement je n'effectuerais pas cette modification sur une radio qui était encore sous garantie - je suis sûr que la garantie sera annulée après la modification. J'ai acheté mon FT-450D d'occasion sur ebay, il n'y a donc aucune garantie à craindre dans mon cas.

Si vous décidez d'effectuer une telle modification, allez-y prudemment et méthodiquement - utilisez le vieux dicton sage qui s'applique aux situations les plus délicates …… mesurez deux fois et coupez une fois:)

J'ai décidé de ne pas percer de trous dans le boîtier du FT-450D, mais plutôt de monter le SDR sur le côté du FT-450D et de faire passer un fil volant à terminaison SMA à visser directement dans l'entrée de l'antenne SDR. Le fil volant est fixé au point de sortie de la radio pour fournir une décharge de traction.

Voir les images ci-jointes ….

Étape 7: Le SDR en action provenant du robinet RF via la carte LNA

À cette étape, il y a une courte vidéo montrant la radio SDR en fonctionnement avec sa source d'antenne étant la prise d'antenne FT-450D via la carte LNA. Ce test a été effectué tard dans la nuit et le groupe est un peu mort mais la réponse du SDR est comme prévu. Lorsque le FT-450D transmet, l'entrée vers le SDR est effectivement coupée en raison de l'isolation de la carte LNA lorsqu'elle n'est pas alimentée.

Étape 8: Conclusion

Bien surtout, cette instructable a été très amusante et je suis très satisfait du résultat. Comme tous les bons projets, il y a trois objectifs principaux…. d'acquérir de nouvelles compétences, de faire du projet un succès et de partager des connaissances avec tous ceux qui souhaitent lire jusqu'ici.

À ce stade, je retire ma casquette à feu Dave G4HUP. Sans le travail de Dave, ce projet ne se serait peut-être pas concrétisé. Je ne peux pas revendiquer le design original du LNA comme le mien, mais seulement avoir pris un design et essayé de le faire à ma manière. Je ne peux qu'espérer que Dave approuverait que son travail soit développé et partagé avec d'autres.

En conclusion, le projet a été un succès.

N'hésitez pas à poser vos questions et je ferai de mon mieux pour y répondre.

Meilleures salutations, Dave (G7IYK)